به کارگیری بتن، به عنوان یک ماده اصلی ساختمانی، نیاز به قالب بندی، داربست و اختصاص زمان برای گیرش، عمل‌آوری و مقاوم شدن آن دارد. از این‌رو از مدت‌ها قبل، ساخت قطعات بتنی پیش‌ساخته مورد توجه قرار گرفت و پیشرفت‌های چشمگیری به لحاظ ارائه انواع سیستم‌های پیش ساخته حاصل شد، ایراد اصلی استفاده از قطعات پیش‌ساخته بتن مسلح در درجه اول، نحوه اتصال قطعات، که یک مشکل سازه‌ای است، و در درجه دوم حمل قطعات از کارخانه به محل نصب است که یک مشکل اقتصادی محسوب می‌شود. مشکل دوم از آنجا ناشی می‌شود که قطعات بزرگ معمولاً سنگین و حجیم هستند، لذا هزینه و زمان حمل آن‌ها قابل ملاحظه می باشد. به همین دلیل، سعی شده است تا حجم یا وزن و یا زمان حمل قطعات تا حد امکان کاهش یابد. سیستم ساختمانی که در اینجا مورد بررسی قرار می‌گیرد در دهه‌ی هشتاد میلادی تحت عنوان پانل‌های ساندویچی (3D Sandwich Panel) به روش بتن پاششی در پای کار (ShotCrete) به بازار جهانی معرفی شد و در صنعت ساختمان مورد استفاده قرار گرفت، لازم به توضیح است اولین نسل این سیستم در سال‌های قبل از انقلاب اسلامی در ایران تولید شد و مورد استفاده قرار گرفت.
کشور‌های ارائه کننده این سیستم درابتدا اتریش و ایتالیا بودند. لازم به توضیح است این سیستم، با توجه به ضوابط حاکم در کشورهای نام‌ برده کاربرد چندانی ندارد و محدود به ساخت و ساز محدود ویلایی در خارج از شهرها می‌شود. در سال‌های بعد ساخت و فروش آن در کشورهایی مانند چین، افغانستان، عراق، ترکیه، برزیل، آرژانتین، کلمبیا و ایران گسترش یافت. در سیستم پانل ساندویچی صفحات متشکل از پانل عایق حرارتی (پلی استایرن منبسط یا پلی‌یورتان)، همراه با دو شبکه فلزی در طرفین عایق، که به وسیله‌ی مش افقی و عمودی مفتول‌های فولادی به یکدیگر متصل شده‌اند، یک شبکه فلزی سه بعدی را تشکیل می‌دهد. این قطعات پس از انتقال به محل احداث ساختمان به یکدیگر متصل و از دو طرف بر روی آن‌ها بتن پاشیده می‌شود و در نهایت از تلفیق پانل و بتن، سازه ساختمان حاصل می‌شود. لازم به توضیح است که در اولین نسل این ساندویچ پانل‌ها به جای عایق حرارتی پلی استایرن منبسط، از پلی یورتان منبسط استفاده و عایق حرارتی پس از ساخته شدن شبکه خرپایی بر روی یک میز، به داخل قالب ماسه‌ای تزریق می‌شد. سیستم ساختمانی 3D از پانل‌های دیواری و سقفی تشکیل می‌شود، پانل‌های دیواری علاوه بر عملکرد جداکننده، نقش سازه‌ای نیز دارند و باید قادر به تحمل بارهای ثقلی و اثر بارهای جانبی نیز باشند. به عبارت دیگر، هیچ‌گونه عضو باربر خطی مانند ستون در این سیستم سازه‌ای وجود ندارد، و باربری توسط عناصر صفحه‌ای انجام می‌شود و پانل‌های سقفی نیز وظیفه تحمل بارهای اعمال شده و انتقال آن را به پانل‌های دیواری به صورت مستقیم و بدون وجود المان خطی مانند تیر بر عهده دارند ضخامت پانل‌های دیواری و سقفی متفاوت است.
میلگرد (مفتول) مورد استفاده با قطرهای مختلف، 5/2 تا 5 میلی‌متر، و شبکه‌ها با چشمه‌های متفاوت، 50*50 تا 150*150 میلی‌متر، توسط تولیدکنندگان مختلف ساخته می‌شود. فاصله دو شبکه موازی نیز بسته به نوع مصرف، میزان بتن وارد شده و ضخامت عایق حرارتی از 70 تا نزدیک 150 میلی‌متر تغییر می‌کند. طبق اطلاعات تولید کنندگان معتبر خارجی، ضخامت‌های استاندارد لایه پلی استایرن میانی 40، 50، 80 و 100 میلی‌متر و ضخامت لایه بتن پاشیدنی دردو طرف حداقل 45 میلی‌متر است. همچنین ابعاد استاندارد شبکه فولادی 50 *50 میلی‌متر و قطر میلگرد آن 8/2 میلی‌متر ذکر شده است. (البته امکان تولید شبکه‌های با ابعاد بزرگتر نیز وجود دارد.) در تولیدات متداول در ایران، لایه عایق حرارتی از ورق‌های پلی استایرن با ضخامت‌های متفاوت تشکیل می‌شود. در ضمن، در برخی محصولات، عایق حرارتی در دو طرف رویه موج‌دار است. بر اساس بررسی‌های انجام شده، قابلیت احداث ساختمان تا دو طبقه، با استفاده از قطعات متداول این سیستم، و با رعایت اصولی وجود دارد. برای طبقات بیشتر، این قطعات صرفاً می‌توانند نقش جداکننده عمودی داشته باشند، و نقش سازه‌ای نخواهند داشت. در نتیجه، لازم است با استفاده از اسکلت‌های بتنی و فولادی، ایستایی بخش‌های مختلف ساختمان تامین شود. ابعاد قطعات تولید شده متفاوت است، اما معمولاً به ابعاد 1*3 متر تولید می‌شوند. این قطعات بسته به میزان بار پیش‌بینی شده و نحوه استفاده، در انواع متفاوتی توسط کارخانه‌های مختلف تولید می‌شوند. تفاوت مشخصات قطعات تولیدی، غالباً در نوع و قطر فولاد مصرفی برای شبکه‌ها، اندازه‌ چشمه‌های شبکه، ضخامت دیوار و نحوه قرارگیری و اتصال میلگردهای مورب است.

سقف‌ها را می‌توان از پانل‌های این سیستم و با استفاده از قطعات خاص سقفی اجرا کرد. لازم به توضیح است اجرای سقف با این سیستم دارای پیچیدگی‌هایی از جمله سختی پاشیدن بتن به سطح زیرین، زیاد بودن ضایعات بتن و خیز سقف هنگام اجرا رو به رو است. به همین علت در بسیاری موارد سقف‌های ساختمان به روش‌های دیگری، مانند تیرچه و بلوک اجرا می‌شود. در این سیستم‌ها کلاف‌بندی مناسب در انتهای فوقانی دیوارها ضروری است. بتن مورد استفاده برای پاشیدن در طرفین قطعات باید از نوع ریزدانه و با روانی در حد مجاز باشد تا علاوه بر امکان پاشیده شدن به وسیله پمپ مقاومت لازم را نیز داشته باشد. ضخامت بتن پاشیده شده در شرایط متعارف در هر طرف دیوار در حدود پنج سانی‌متر است که حدود دو و نیم سانی‌متر پوشش بر روی شبکه فولادی ایجاد می‌کند.

بررسی نقاط قوت و ضعف سیستم صفحات ساندویچی با بتن پاششی: (تری دی پانل)

نقاط قوت سیستم:

- سهولت شکل‌دهی به پانل‌ها برای انطباق آن با طرح‌های معماری.

- ضخامت نسبتاً کمتر دیوارهای خارجی در مقایسه با دیوارهای خارجی متداول . البته در صورتی‌که برای جواب گویی به انتظارات صرفه‌جویی در مصرف انرژی، ضخامت عایق حرارتی افزایش یابد، ضخامت‌ها تقریباً یکسان خواهد بود.
- پیوستگی بین کلیه دیوارها و سقف ساختمان و در نتیجه بازپخش و توزیع مطلوب نیروها در اعضای مختلف سازه.
- در حالت سیستم کامل، ایجاد اتصالات خطی در محل تلاقی پانل‌های سقفی به پانل‌های دیواری (به جای اتصالات گروهی)، در نتیجه توزیع یکنواخت‌تر نیروهای اعمال شده در اعضای دیواری، و نظارت بیشتر و بهتر بر حسن اجرای اتصالات و همچنین ایفای نقش جداکننده و عضو سازه‌ای به صورت همزمان.
- سهولت و سرعت نصب و آماده سازی پانل‌ها برای بتن پاششی، به دلیل سبکی و محدودیت اقدامات اجرایی.
- عدم نیاز به امکانات سنگین نصب.
- قابلیت انطباق با شیوه‌های طراحی مدولار.
- عدم وجود محدودیت خاص در مورد پرداخت نهایی سطوح و تنوع در نما. البته بهترین توجیه اقتصادی در حالت نمای ساده با رنگ یا خود رنگ است.
- سهولت تامین مصالح و تجهیزات مورد نیاز در داخل کشور.
- وابستگی اندک به فناوری‌های خارجی.
- امکان موازی کردن اقدامات اجرایی، با توجه به عدم نیاز به قالب و قالب‌بندی.
- امکان کاربرد قطعات چندکاره و تیپ و محدود بودن مصالح و قطعات مورد نیاز.
- هوابندی نسبتاً مناسب دیوارهای خارجی ساختمان.
- وجود دانش فنی قابل قبول و ضوابط طراحی (سازه، ایمنی در برابر آتش) در مورد ساختمان‌های کوتاه مرتبه.
- عدم وجود محدودیت شعاع حمل و مصرف اقتصادی.
- اندک بودن احتمال آسیب دیدگی قطعات در حمل و نقل.

نقاط ضعف سیستم:
-در حالت سازه کامل 3D محدودیت ارتفاع ساختمان و دهانه‌های سقف‌های آن.
-دیوار خارجی تمام شده نیز، برخلاف جداکننده‌های متداول (تیغه گچی یا سفالی) در گروه دیوارهای سنگین قرار می‌گیرد.
-ضخامت بالای دیوارهای داخلی در مقایسه با دیگر تیغه‌های متداول.
-محدودیت ابعاد بازشوها در حالت سیستم کامل 3D (طبق ضوابط طراحی سقف‌ها و دیوارهای بتن مسلح).
-عدم امکان بازیافت مصالح و استفاده مجدد.
-نیاز به ارائه آموزش‌های تخصصی لازم برای اجرای بخش‌های مختلف.
- نقش تعیین کننده عوامل اجرا در دقت و کیفیت اجرا، به ویژه در مورد بتن پاششی.
-تعدد نسبی ابزارهای کمکی اجرا (دستگاه شات کریت، دوخت میلگردها).
-لزوم فراوری مواد و مصالح در کارگاه.
-سختی و در بسیاری از موارد (در در شرایط اقلیمی حاد) عدم امکان کنترل رواداری‌ها و شرایط عمل‌آوری لایه های بتن پاشیده شده.
- وجود محدودیت‌های جدی فصلی در اجرا.
- سختی کنترل کیفیت، خصوصاً در مورد تعیین ضخامت پوشش‌های بتن روی میلگردها.
-لازمه انجام بازدیدهای ادواری برای حصول اطمینان از عدم وجود مشکلات خوردگی در پوشش خارجی دیوار.
-سختی و در بعضی موارد عدم وجود امکان ایجاد تغییرات در زمان ساخت و در دوره بهره‌برداری.
-سختی و در بعضی موارد عدم وجود امکان دسترسی به تاسیسات مکانیکی و برقی در حالت اجرای توکار مدارها.
-عدم امکان تعمیر یا جایگزینی قطعات.
- لزوم در نظرگرفتن تمهیدات اضافی برای جواب‌گویی به انتظارات در زمینه صدابندی و صرفه‌جویی در مصرف انرژی.
-عدم وجود امکان حذف پل‌های حرارتی به دلیل عملی نبودن پیوستگی لایه عایق حرارتی.
-وجود خطر جذب آب و یخ‌بندان لایه بتنی خارجی (در مناطق سردسیر).
- عملکرد ضعیف در محیط‌های مهاجم و خورنده.
-عملکرد ضعیف در مناطقی که تغییرات دمای روزانه و فصلی قابل ملاحظه است، به خصوص زمانی که ضخامت لایه بتنی خارجی اندک است.
- میزان بالای اتلاف و ضایعات بتن (خصوصاً در حالت پاشش تحت فشار با دستگاه در زیر سقف).

مهندس فرهاد هنرمند ابراهیمی

موسسه  مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای ایران-دفتر کرمان